Beschreibung

Optoelektronisches Bauelement mit einem Schichtenstapel

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 035 687.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Schichtenstapel, der zumindest folgendes umfasst:

- eine Schichtenfolge, die eine Halbleiterleuchtdiode darstellt und zumindest eine erste Leuchtdiodenschicht, eine zweite Leuchtdiodenschicht und eine optisch aktive Zone zwischen der ersten und der zweiten Leuchtdiodenschicht umfasst, wobei die beiden Leuchtdiodenschichten jeweils aus einem III-V-Halbleitermaterial gebildet sind, das jeweils mindestens eines der Elemente Aluminium, Gallium und Indium und jeweils mindestens eines der Elemente Stickstoff, Phosphor und Arsen enthält, und wobei die erste Leuchtdiodenschicht eine n-dotierte Schicht und die zweite Leuchtdiodenschicht eine p-dotierte Schicht ist,

- eine silberhaltige metallische Schicht und

- eine Zwischenschicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid, die zwischen der Halbleiterleuchtdiode und der metallischen Schicht angeordnet ist.

Optoelektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterleucht- dioden, besitzen einen Schichtenstapel aus Halbleiterschichten, deren Zusammensetzung insbesondere hinsichtlich des Grundmaterials und dessen Dotierung gezielt ausgewählt wird, um die elektronische Bandstruktur in gewünschter Weise zu gestalten. In der Optoelektronik werden außer binären III-V- Halbleitermaterialien auch ternäre und quaternäre Grundmaterialien eingesetzt, mit denen sich die Energieniveaus von

Bandkanten des Valenzbandes und des Leitungsbandes einerseits die Gitterkonstante andererseits unabhängig voneinander einstellen lassen. Weiterhin werden Dotierstoffe geeigneter Art und Konzentration eingesetzt, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften einzustellen.

Bei Halbleiterleuchtdioden beispielsweise entsteht zwischen einer p-dotierten Schicht und einer n-dotierten Schicht eine optisch aktive Zone, in der bei einem Stromfluss durch die Halbleiterleuchtdiode hindurch elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die aus Energiesprüngen der beteiligten Ladungsträger beim übergang von der einen Halbleiterleuchtdio- denschicht in die andere Halbleiterleuchtdiodenschicht resultiert.

Halbleiterleuchtdioden können beispielsweise aus einem binären, ternären oder quaternären Grundmaterial gebildet sein; dies gilt insbesondere für die p-dotierte und für die n- dotierte Halbleiterleuchtdiodenschicht . Mögliche Beispiele - ohne abschließende Aufzählung - sind Aluminium-Gallium- Nitrid, Indium-Gallium-Nitrid, Aluminium-Indium-Nitrid, Indium-Gallium-Aluminium-Nitrid oder Nitride eines der Nitride von Aluminium, Indium oder Gallium. Arsenide, Phosphide oder Materialien mit mehreren fünfwertigen Elementen sind weitere mögliche Beispiele für das Grundmaterial der Leuchtdiodenschichten. Diese und die übrigen oben genannten Materialien können ebenso für weitere Halbleiterschichten des Schichtenstapels eines optoelektronischen Bauelements eingesetzt werden.

Bei Halbleiterleuchtdiodeh wird die emittierte Strahlung auf einer Seite des Schichtenstapels aus dem Halbleiterkörper herausgeleitet. Auf der entgegengesetzten Seite wird eine Spiegelschicht, in der Regel eine Silberschicht oder eine ü-

berwiegend silberhaltige Schicht, verwendet, um die in diese Richtung emittierte Strahlung zu reflektieren und die Ausbeute der Reflexionsrichtung emittierten Strahlung zu erhöhen. Zwischen der Reflexionsschicht und den Halbleiterschichten des Schichtenstapels wird häufig eine Zwischenschicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid vorgesehen. Diese Schicht dient zur Vermeidung oder zumindest Verringerung der Migration von Silberatomen in Richtung der Halbleiterschichten; sofern Silber in die optisch aktive Zone oder in die ihr benachbarten Schichten eindringt, wird lokal die Lichtemission verhindert oder zumindest herabgesetzt. Dies ist daran erkennbar, daß die lichtemittierende Austrittstlache Bereiche lokal verringerter Lichtintensität oder gar Bereiche, in denen gar keine Strahlung mehr emittiert wird, aufweist. Solche Alterungserscheinungen deuten auf eine zu starke Verunreinigung der optisch aktiven Zone beispielsweise mit diffundierten Silberatomen aus der Reflexionsschicht hin. Materialien solcher Schichten sind unter dem Fachbegriff Transparent Con- ductive Oxide (TCO; transparente leitfähige Oxide) bekannt; einige Beispiele sind ITO (Indium-Zinn-Oxid) oder Zink-Oxid. Die Zwischenschicht aus einem transparent leitfähigem Oxid ist in der Regel nicht einkristallin und besitzt einen über- schuss an freien Elektronen. Bei Halbleiterleuchtdioden wird sie herkömmlich ausschließlich auf der p-Seite vorgesehen, das heißt auf derjenigen Seite der pn-Leuchtdiodenschichten- folge, auf der die n-dotierte Leuchtdiodenschicht angeordnet ist. Somit befinden sich herkömmlich die TCO-Schicht wie auch die Spiegelschicht auf der n-dotierten Seite der Halbleiter- leuchtdiodenschicht und die Lichtauskopplung erfolgt auf der Seite der npdotierten Leuchtdiodenschicht.

Bei Halbleiterleuchtdioden, die eine Reflexionsschicht, insbesondere eine Silberschicht oder eine überwiegend silberhaltige Schicht aufweisen, besteht das weiterhin Problem, dass

die Leuchtdiode durch Alterungsprozesse, insbesondere durch die Migration von Silber aus der Reflexionsschicht heraus, angegriffen werden kann. Die Silbermigration kann dazu führen, dass Silberatome bis in die optisch aktive Zone diffundieren und dort die Lichterzeugung verhindern, wodurch innerhalb der Leuchtdiodenflache Bereiche entstehen, in denen keine Strahlung mehr oder nur noch eine geringere Strahlungsintensität erzeugt wird. Zwar lässt sich die Silbermigration nach außen hin durch geeignete Einkapselungen des Schichtenstapels verhindern, innerhalb des Schichtenstapels jedoch kann auch dann noch Silber durch die TCO-Schicht hindurch in Richtung der optisch aktiven Zone diffundieren. Insbesondere sind keine migrationsstabilen Halbleiterleuchtdioden bekannt, bei denen die Reflexionsschicht und die Zwischenschicht (aus dem transparenten leitfähigen Oxid) auf der Seite der p- dotierten Leuchtdiodenschicht angeordnet sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das mit einer geringeren Betriebsspannung betreibbar ist als herkömmliche e- lektronische Bauelemente. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das gegen Alterungsprozesse, insbesondere durch ausdiffundierende Atome aus der Reflexionsschicht, besser geschützt ist und das somit eine bessere Lichtausbeute als herkömmliche optoelektronische Bauelemente bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem eingangs genannten optoelektronischen Bauelement die metallische Schicht und die Zwischenschicht auf derjenigen Seite der Halbleiterleuchtdiode angeordnet sind, der die p- dotierte zweite Leuchtdiodenschicht zugewandt ist, und dass zwischen der zweiten Leuchtdiodenschicht und der Zwischenschicht zumindest eine hochdotierte erste Halbleiter-

schicht angeordnet ist, deren Dotierstoffkonzentration größer ist als die Dotierstoffkonzentration der zweiten Leuchtdiodenschicht .

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die metallische Schicht, die als Reflexionsschicht dient, sowie die Zwischenschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid auf der Seite der p- dotierten Leuchtdiodenschicht anzuordnen und außerdem zwischen der Zwischenschicht und der p-dotierten Leuchtdiodenschicht eine hochdotierte erste Halbleiterschicht vorzusehen, deren Dotierstoffkonzentration größer ist als die Dotierstoffkonzentration der p-dotierten Leuchtdiodenschicht. Die erfindungsgemäß vorgesehene erste Halbleiterschicht, die zum einen beispielsweise n-dotiert ist und zum anderen mit solch dem Dotierstoff stärker dotiert ist als die p-dotierte Leuchtdiodenschicht, wird es möglich, herkömmliche TCO- Materialien der Zwischenschicht ohne erhebliche übergangswiderstände, die die Betriebsspannung des optoelektronischen Bauelements erhöhen würden, auf der p-Seite des optoelektronischen Bauelements anzuschließen. Die stark dotierte Halbleiterschicht besitzt insbesondere dann, wenn sie n-dotiert ist, einen überschuss an freien Elektronen, wodurch sich die TCO-Schicht elektronisch leichter anschließen lässt.

Während herkömmlich die höchsten Dotierstoffkonzentrationen einer Leuchtdiode in den zur aktiven Zonen benachbarten Leuchtdiodenschichten am größten sind, wird erfindungsgemäß die zusätzliche erste Halbleiterschicht mit noch höherer Dotierstoffkonzentration vorgesehen .

Die hochdotierte erste Halbleiterschicht ermöglicht einen besonders niederohmigen elektrischen Anschluss der Zwischenschicht an die Halbleiterschichtenfolge des Schichtenstapels und senkt somit die Betriebsspannung des optoelektronischen

Bauelements . Die durch die hochohmige Schicht erreichte Absenkung der Betriebsspannung kann so groß sein, dass sie die zusätzliche Verwendung eigentlich spannungserhöhender zusätzlicher Schichtenfolgen, etwa eines Tunnelkontakts, innerhalb des Schichtenstapels ermöglicht, ohne dass die Betriebsspannung insgesamt erhöht würde. So lässt sich etwa die Spannungserhöhung aufgrund eines Tunnelkontakts durch die erfin- dugnsgemäß hochdotierte erste Halbleiterschicht mehr als kompensieren.

Die stark dotierte erste Halbleiterschicht ermöglicht nicht nur ein besseres elektronisches Anschließen der TCO-Schicht, sondern verbessert im übrigen noch die StromaufWeitung nahe der optisch aktiven Zone, denn es lassen sich in der ersten Halbleiterschicht, da diese von der optisch aktiven Zone beabstandet ist, höhere Dotierstoffkonzentrationen einsetzen als in den dotierten Leuchtdiodenschichten selbst, ohne dass die Lichtausbeute aufgrund unerwünschter Nebeneffekte verringert wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschicht beabstandet zur p-dotierten zweiten Leuchtdiodenschicht (der p-dotierten Leuchtdiodenschicht) angeordnet ist und einen Dotierstoff, beispielsweise einen n-Dotierstoff , in einer Konzentration enthält, die größer ist als die Konzentration eines p-Dotierstoffs der p-dotierten Leuchtdiodenschicht. Die Konzentration der dotierten ersten Halbleiterschicht kann insbesondere größer sein als 1 x 10 ²⁰ /cm ³ .

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschicht innerhalb des Schichtenstapels einen geringeren Abstand zur Zwischenschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid besitzt als alle anderen Schichten aus Halbleitermaterial. Somit wird die erfindungsgemäß vorgesehene erste Halbleiter-

Schicht vorzugsweise als äußerste Halbleiterschicht innerhalb des Schichtenstapels vorgesehen, an die sich die TCO-Schicht und die Reflexionsschicht anschließen.

Dementsprechend ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Halbleiterschicht unmittelbar an die Zwischenschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid angrenzt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Zwischenschicht als Grundmaterial ein III-V-Halbleitermaterial und als Dotierstoff Silizium enthält.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschicht mit zumindest einer weiteren Schicht eine Tunnelkontakt- Schichtenfolge bildet, wobei die weitere Schicht mit einem Dotierstoff entgegengesetzten Dotierstofftyps wie der Dotierstoff der ersten Halbleiterschicht versehen ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die weitere hochdotierte Schicht denselben Dotierstoff wie die zweite Leuchtdiodenschicht enthält .

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die weitere hochdotierte Schicht innerhalb des Schichtenstapels zwischen der hochdotierten ersten Halbleiterschicht und der zweiten Leuchtdiodenschicht angeordnet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schichtenstapel zwischen der ersten Halbleiterschicht und der p-dotierten zweiten Leuchtdiodenschicht zumindest eine hochdotierte zweite Halbleiterschicht aufweist, deren Dotierstoffkonzentration ebenfalls größer ist als die Dotierstoffkonzentration der zweiten Leuchtdiodenschicht. Somit sind auf der p-Seite der Leuchtdioden zwei noch höher dotierte Halbleiterschichten mit

beispielsweise zueinander entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp vorgesehen. Auch die Dotierstoffkonzentration der zweiten Halbleiterschicht, die beispielsweise p-dotiert ist, ist vorzugsweise größer als 10 ²⁰ /cm ³ .

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Halbleiterschicht jeweils ein III-V-Halbleitermaterial als Grundmaterial enthalten, dass weiterhin die erste Halbleiterschicht mit Silizium dotiert ist und dass außerdem die zweite Halbleiterschicht mit Magnesium (d.h. einem p- Dotierstoff) dotiert ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schichtenstapel zwischen der hochdotierten ersten Halbleiterschicht und der hochdotierten zweiten Halbleiterschicht einen Tunnelkontakt aufweist. Hierbei sind die beiden hochdotierten Halbleiterschichten Tunnelkontaktschichten, wobei der Tunnelkontakt an der Schichtgrenze zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht entsteht. Hierbei wird durch Verschiebungen der Bandstruktur in der Nähe der Schichtgrenze eine schmale Tunnelbarriere erzielt, die insbesondere durch eine lokale Absenkung des Minimums des Leitungsbandes der n-dotierten ersten Halbleiterschicht bis unter das Maximum des Valenzbandes der p-dotierten zweiten Halbleiterschicht an der gemeinsamen Schichtgrenze entsteht. Dadurch können Elektronen aus dem Leitungsband der n-dotierten ersten Halbleiterschicht in das Valenzband der p-dotierten zweiten Halbleiterschicht tunneln.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schichtenstapel zwischen der hochdotierten ersten Halbleiterschicht und der hochdotierten zweiten Halbleiterschicht eine undotierte Halbleiterschicht aufweist. Diese intrinsische Halbleiterschicht kann vorzugsweise an beide hochdotierten Halbleiterschichten des Tunnelkontakts unmittelbar angrenzen. Somit entsteht eine

- S -

p ⁺ in ⁺ -Schichtenfolge, bei der die undotierte Schicht eine Kontamination der n-dotierten Schicht durch diffundierenden Dotierstoff der p-dotierten Schicht und umgekehrt verhindert. Die p-dotierte zweite Halbleiterschicht ist vorzugsweise mit Magnesium als Dotierstoff dotiert, der grundsätzlich in Richtung der n-dotierten Halbleiterschicht diffundieren kann. Ein unmittelbarer pn-übergang zwischen beiden hochdotierten Schichten würde den Betrieb des optoelektronischen Bauelements erschweren und außerdem die Magnesium-Konzentration in der damit dotierten zweiten Halbleiterschicht herabsetzen, das heißt eine Degradation der zweiten Halbleiterschicht zur Folge haben. Die zusätzlich vorgesehene intrinsische, das heißt zumindest ursprünglich undotierte Halbleiterschicht verhindert eine solche Mg-Dotierstoffdiffusion zumindest in Richtung der hochdotierten ersten Halbleiterschicht und erzielt dadurch außerdem infolge der verbesserten Stromaufweitung einen besseren ESD-Schutz (electrostatic device) gegen temporäre Spannungsspitzen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Halbleiterschicht eine Schichtdicke von kleiner als 30 Nanometer, vorzugsweise im Bereich zwischen drei Nanometern und 20 Nanometern besitzt. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die undotierte Halbleiterschicht eine Schichtdicke kleiner als zehn Nanometer, vorzugsweise im Bereich zwischen einem Nanometer und fünf Nanometern besitzt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die hochdotierte zweite Halbleiterschicht unmittelbar an die zweite Leuchtdiodenschicht angrenzt. Selbstverständlich können aber ebenso auch eine oder mehrere Zwischenschichten vorgesehen sein, so wie auch zwischen den übrigen Schichten des Schichtenstapels selbstverständlich weitere, insbesondere dünne Zwischenschichten vorgesehen sein können.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die hochdotierte zweite Halbleiterschicht aus demselben Grundmaterial gebildet ist wie die zweite Leuchtdiodenschicht und denselben Dotierstoff enthält wie die zweite Leuchtdiodenschicht. Beispielsweise kann Gallium-Nitrid, Aluminium-Gallium-Nitrid oder Indium- Gallium-Nitrid als Grundmaterial vorgesehen sein; weitere Beispiele sind Aluminium-Indium-Nitrid, die eingangs genannten Grundmaterialien oder beliebige sonstige Grundmaterialien, insbesondere III-V-Halbleitermaterialien. Als Dotierstoff eignet sich insbesondere Magnesium.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Halbleiterschicht als Grundmaterial jeweils ein III-V- Halbleitermaterial enthält, das jeweils mindestens eines der Elemente Aluminium, Gallium und Indium und jeweils mindestens eines der Elemente Stickstoff, Phosphor und Arsen enthält. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Halbleiterschicht als Grundmaterial Aluminium- Nitrid, Aluminium- Indium-Nitrid, Aluminium-Gallium-Nitrid, Indium-Aluminium-Nitrid oder Indium-Gallium-Aluminium- Phosphid enthält .

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die hochdotierte erste Halbleiterschicht, die hochdotierte zweite Halbleiterschicht und die dazwischen angeordnete undotierte Halbleiterschicht einen Tunnelkontakt zwischen der Halbleiterleuchtdiode und der silberhaltigen metallischen Schicht bilden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die silberhaltige leitfähige Schicht, die Zwischenschicht und die hochdotierte erste Halbleiterschicht von der ersten Leuchtdiodenschicht einen größeren Abstand besitzen als von der zweiten Leuchtdiodenschicht. Somit sind sie auf der p-Seite der Leuchtdiode, das

heißt auf der Seite der p-dotierten zweiten Leuchtdiodenschicht angeordnet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die silberhaltige metallische Schicht eine Spiegelschicht ist, die von der Leuchtdiode empfangenes Licht reflektiert.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass auf der Seite der ersten Leuchtdiodenschicht eine transparente Substratschicht angeordnet ist. Insbesondere kann zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements ein transparentes Substrat verwendet werden, das nach Aufwachsen des Schichtenstapels vom Schichtenstapel entfernt wird, nur teilweise gedünnt wird o- der auch vollständig am Schichtenstapel verbleibt und zugleich die Lichtaustrittsfläche darstellt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Konzentration des Do- tierstoffs der zweiten Leuchtdiodenschicht kleiner ist als 10 ¹⁹ /cτn ³ . Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste und die zweite Leuchtdiodenschicht jeweils als Grundmaterial jeweils ein III-V-Halbleitermaterial enthalten, das jeweils mindestens eines der Elemente Aluminium, Gallium und Indium und jeweils mindestens eines der Elemente Stickstoff, Phosphor und Arsen enthalten.

Insbesondere können auch die eingangs genannten oder oben mit Bezug auf die erste und zweite Halbleiterschicht vorgeschlagenen Grundmaterialien für die Leuchtdiodenschichten verwendet werden.

Schließlich ist vorgesehen, dass das optoelektronische Bauelement auf derjenigen Seite der Halbleiterleuchtdiode, der die n-dotierte erste Leuchtdiodenschicht zugewandt ist, eine Lichtaustrittsfläche für von dem optoelektronischen Bauele-

ment erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterleuchtdiode ist.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements,

Figur 3 eine graphische Darstellung des relativen Anteils der emittierten Lichtintensität in Abhängigkeit von variierenden Schichtdicken und

Figur 4 eine tabellarische übersicht bevorzugter Schichtdickenbereiche gemäß zweier weiterer Ausführungsformen.

Figur 1 zeigt in Querschnittsansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements 20, das einen Schichtenstapel 10 mit einer Substratschicht 1 und weiteren darauf aufgewachsenen Schichten zeigt. Das Substrat ist vorzugsweise ein transparentes Substrat, welches somit auch als lichtaustrittsseitige Außenschicht auf beziehungsweise unter der Halbleiterleuchtdiode verbleiben kann, wobei die Substratunterseite, mit oder ohne nachträgliche Dünnung des Substrats, später die Lichtaustrittsfläche 25 darstellt.

Auf das Substrat beziehungsweise die Substratschicht 1 wird zunächst die Halbleiterleuchtdiode 15 gewachsen, die zumindest eine erste Leuchtdiodenschicht 2 und eine zweite Leuchtdiodenschicht 4 umfasst, die mit Dotierstoffen entgegenge-

setzten Dotierstofftyps dotiert sind. Beispielsweise kann die erste Leuchtdiodenschicht 2 n-dotiert sein, beispielsweise mit Hilfe von Silizium, wohingegen die zweite Leuchtdiodenschicht p-dotiert sein kann, etwa mit Hilfe von Magnesium. Am pn-übergang zwischen beiden Leuchtdiodenschichten 2, 4 befindet sich die optisch aktive Zone 3, an der beim Stromfluss durch den Schichtenstapel elektromagnetische Strahlung, beispielsweise im sichtbaren Bereich oder auch im Ultraviolettbereich emittiert wird. Die beiden Leuchtdiodenschichten 2, 4 müssen nicht, wie in Figur 1 vereinfacht dargestellt, unmittelbar aufeinander beziehungsweise unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sein, sondern können durch weitere Zwischenschichten voneinander getrennt sein. Zumindest jedoch umfasst die Halbleiterleuchtdiode 15 jedoch mindestens die erste 2 und die zweite Leuchtdiodenschicht 4.

Auf der zum Substrat gegenüberliegenden Seite, nämlich der durch die zweite, p-dotierte Leuchtdiodenschicht 4 vorgegebene Seite der Leuchtdiode 15 (das heißt oben in Figur 1) ist als oberste Schicht eine metallische Schicht 9 angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung des Schichtenstapels 10 von der entgegengesetzten Seite her dient. Die metallische Schicht 9 ist vorzugsweise eine silberhaltige Schicht, beispielsweise eine reine Silberschicht oder eine aus einer Silberlegierung gebildete Schicht. Zwischen der metallischen Schicht 9 und der Halbleiterleuchtdiode 15 befindet sich eine Zwischenschicht 8 aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO; Transparent Conductive Oxide) , beispielsweise eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder eine Schicht aus Zink-Oxid. Ferner kann eine Schicht aus Titan-Oxid, insbesondere Ti ₅ O ₉ als Zwischenschicht verwendet werden. Die Zwischenschicht 8 aus dem transparenten leitfähigen Oxid grenzt vorzugsweise unmittelbar an die metallische Schicht 9 an. Sie dient zum einen zur noch besseren Stromaufweitung in latera-

ler Richtung, das heißt parallel zu den Hauptflächen beziehungsweise Schichtgrenzen des Schichtenstapels, und zum anderen zur weitgehenden Verhinderung einer Silbermigration. Die TCO-Schicht besitzt einen überschuss an freien beziehungsweise schwach gebundenen Elektronen und wird daher herkömmlich ausschließlich auf der Seite der n-dotierten Leuchtdiodenschicht 2, das heißt entsprechend Figur 1 unterhalb der Leuchtdiode 15 aufgebracht. Aus diesem Grund befindet sich die metallische Reflexionsschicht (die metallische Schicht 9) sowie die aus dem transparenten leitfähigen Oxid gebildete Zwischenschicht 8 herkömmlich stets auf derjenigen Seite der Halbleiterleuchtdiode 15, auf der in die n-dotierte erste Leuchtdiodenschicht 2 angeordnet ist. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung jedoch kann die TCO-Schicht auch auf der Seite der p-dotierten zweiten Leuchtdiodenschicht 4 angeordnet werden. Hierzu ist zumindest eine erste Halbleiterschicht 7 vorgesehen, die zwischen der p-dotierten zweiten Leuchtdiodenschicht 4 und der Zwischenschicht 8 angeordnet ist. Sie kann beispielsweise an beide Schichten oder zumindest an die Zwischenschicht 8 aus dem transparenten leitfähigen Oxid unmittelbar angrenzen. Die erste Halbleiterschicht 7 ist eine dotierte Halbleiterschicht mit einer Dotierstoffkonzentrati- on, die größer ist als die Dotierstoffkonzentration der p- dotierten Leuchtdiodenschicht 4.

Vorzugsweise ist die erste Halbleiterschicht 7 mit einem n- Dotierstoff, beispielsweise mit Silizium dotiert (wobei die erste Halbleiterschicht 7 ebenso wie die beiden Leuchtdiodenschichten 2, 4 vorzugsweise aus einem binären, ternären oder quaternären III-V-Halbleitermaterial als Grundmaterial gebildet sind) . Die Konzentration des n-Dotierstoffs kann insbesondere größer sein als 10 ²⁰ /cm ³ .

Durch die hochkonzentrierte Dotierung, insbesondere n- Dotierung, besitzt die erste Halbleiterschicht 7 etwa im Valenz- und Leitungsbandbereich eine wesentlich besser geeignetere Bandstruktur, die ein niederohmiges Anschließen der TCO- Zwischenschicht 8 ermöglicht. Die metallische, amorphe oder polykristalline, zumindest nicht einkristalline Zwischenschicht 8 besitzt infolge von Störstellen freie beziehungsweise schwachgebundene Elektronen. Am übergang zwischen der TCO-Schicht und der ersten Halbleiterschicht 7 entsteht somit eine niederohmige Verbindung, die die Betriebsspannung des optoelektronischen Bauelements senkt.

Gerade im Falle einer n ⁺ -Dotierung der ersten Halbleiterschicht 7 wird ferner ein besserer elektronischer Anschluss der aus dem TCO-Material gebildeten Zwischenschicht 8 an die Halbleiterschichten des Schichtenstapels erreicht.

Zudem bietet die erste Halbleiterschicht 7 einen wirksamen Schutz gegen die Migration von Silberatomen in den Bereich des Schichtenstapels, in dem die Halbleiterleuchtdiode 15 angeordnet ist. Während die TCO-Schicht aufgrund der Korngrenzen im Kristall durchlässig für Silberatome ist und auch viele Halbleitermaterialien, beispielsweise Gallium-Nitrid oder Nitride, die mehrere dreiwertige Metalle enthalten, durchlässig für diffundierende Silberatome sind, bietet die erfindungsgemäß vorgesehene erste Halbleiterschicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial eine zusätzliche Barriere gegen eine Diffusion von Silberatomen von der silberhaltigen Schicht zur Halbleiterleuchtdiode 15 hin. Somit wird erstmals eine mit niedriger Betriebsspannung betreibbare und zudem migrationsstabilere Halbleiterleuchtdiode bereitgestellt, bei der die silberhaltige Schicht auf der Seite der p-dotierten Leuchtdiodenschicht 4 angeordnet ist.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen optoelektronischen Bauelements 20. Der Schichtensta- pel 10 der Ausführungsform gemäß Figur 2 umfasst außer den vorgenannten Schichten noch eine zweite Halbleiterschicht 5. Außerdem kann optional eine zusätzliche intrinsische, das heißt zumindest ursprünglich undotierte Schicht 6 vorgesehen sein, die zwischen der ersten 7 und der zweiten Halbleiterschicht 5 angeordnet ist.

Die Substratschicht 1 kann nachträglich entfernt werden oder teilweise gedünnt werden.

Gemäß Figur 2 sind zwischen der Zwischenschicht 8 aus dem transparenten leitfähigen Oxid und der Leuchtdiode 15 zumindest die Halbleiterschichten 7, 5 vorgesehen, die vorzugsweise beide eine Dotierstoffkonzentration besitzen, die größer ist als die Dotierstoffkonzentration der p-dotierten zweiten Leuchtdiodenschicht 4. Beispielsweise sind die beiden Halbleiterschichten 7, 5 mit Dotierstoffen zueinander entgegengesetzten Dotierstofftyps dotiert; vorzugsweise die n ⁺ -dotierte erste Halbleiterschicht 7 mit einem n-Dotierstoff wie beispielsweise Silizium und die p ⁺ -dotierte zweite Halbleiterschicht 5 vorzugsweise mit einem p-Dotierstoff wie beispielsweise Magnesium. Diese Dotierstoffe werden auch vorzugsweise für die eigentlichen Leuchtdiodenschichten 2, 4 eingesetzt, jedoch in geringerer Konzentration, da für Leuchtdiodenschichten an der optisch aktiven Zone keine beliebig hohen Dotierstoffkonzentrationen einsetzbar sind.

Die Dotierstoffkonzentration beider Halbleiterschichten 7, 5 ist vorzugsweise größer als 10 ²⁰ /cm ³ .

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen der TCO- Zwischenschicht 8 und der Halbleiterleuchtdiode 15 eine Tun-

nelkontakt-Schichtenfolge vorgesehen ist. Diese besteht insbesondere aus den beiden Halbleiterschichten 7, 5. Der Tunnelkontakt besteht insbesondere zwischen der n ⁺ -dotierten Halbleiterschicht 7 und der p ⁺ -dotierten Halbleiterschicht 5 und bewirkt eine zusätzliche Stromaufweitung in lateraler Richtung aufgrund der von den Elektronen zu durchtunnelnden Barriere. Dadurch wird ferner ein verbesserter ESD-Schutz (electrostatic device) erzielt. Der Tunnelkontakt wird insbesondere durch eine Verschiebung der Bandstruktur in der Nähe der Schichtgrenze zwischen beiden Halbleiterschichten erzielt. Der Tunnelkontakt entsteht insbesondere durch eine lokale Absenkung des Minimums des Leitungsbandes der n- dotierten ersten Halbleiterschicht bis unter das Maximum des Valenzbandes der p-dotierten Halbleiterschicht.

Gemäß einer Weiterbildung kann zwischen beiden Halbleiterschichten 7, 5 eine undotierte Halbleiterschicht 6 vorgesehen sein; diese dient dazu, eine wechselseitige Diffusion der Dotierstoffe beispielsweise (Magnesium und Silizium) in beiden Halbleiterschichten 7 , 5 in die jeweils andere Schicht hinein zu verhindern, damit kein pn-übergang entsteht, der die Betriebsspannung merklich erhöht. Die beiden Halbleiterschichten 7, 5 können vorzugsweise eine Schichtdicke von weniger als 30 Nanometern, beispielsweise zwischen drei Nanometern und 20 Nanometern besitzen. Die undotierte Halbleiterschicht kann vorzugsweise eine Schichtdicke von weniger als zehn Nanometern, vorzugsweise zwischen einem Nanometer und fünf Nanometern besitzen. Gemäß einer möglichen Ausführungsform grenzt die undotierte Halbleiterschicht 6 unmittelbar an beide Halbleiterschichten 7, 5 an.

Als Grundmaterial für sämtliche oben genannten Schichten aus Halbleitermaterial (nämlich die Schichten 2, 4, 5, 6 und 7) eignen sich beispielsweise sämtliche III-V-Halbleiter-

materialien. Es können binäre, ternäre sowie auch quaternäre Halbleitermaterialien eingesetzt werden, beispielsweise Nitride oder Phosphide eines oder mehrerer dreiwertiger Metalle, beispielsweise Aluminium-Nitrid, Aluminium- Indium-Nitrid, Galliumnitrid, Aluminium-Gallium-Nitrid, Indium-Gallium- Nitrid oder Indium-Gallium-Aluminium-Phosphid. Obwohl durch den Tunnelkontakt eine leichte Erhöhung der Betriebsspannung um beispielsweise um 0,05 Volt entstehen kann, ermöglicht die erfindungsgemäße niederohmige Verbindung der TCO-Schicht 8 durch die erste Halbleiterschicht 7 eine Absenkung der Betriebsspannung um etwa 0,2 Volt, wodurch die durch eine Tunnelbarriere entstehende Spannungserhöhung mehr als kompensiert wird.

Figur 3 zeigt exemplarisch die Abhängigkeit der emittierten relativen Lichtintensität von den Schichtdickenverhältnissen innerhalb des Schichtenstapels. Aufgetragen im relativen Verhältnis zu einer Maximalintensität ist die schichtdicken- abhängige Intensität in willkürlichen Einheiten zwischen 0,8 und 1,0. Zugrundegelegt wurde ein optoelektronisches Bauelement (eine Halbleiterleuchtdiode) , bei dem die Halbleiterschichten aus dem Grundmaterial Gallium-Nitrid (GaN) gebildet sind. Dieses Grundmaterial wurde sowohl für die beiden Elektrodenschichten 2, 4 als auch für die übrigen Halbleiterschichten, insbesondere die erste Halbleiterschicht 7 und gegebenenfalls die zweite Halbleiterschicht 5 (sowie gegebenenfalls für eine zusätzliche intrinsische Halbleiterschicht 6) verwendet. Der Schichtenstapel weist außer den oben genannten Schichten aus Halbleitermaterial ferner die Zwischenschicht aus den transparenten leitfähigen Oxid, hier ITO (Indium- Zinn-Oxid einer Schichtdicke von 50 Nanometern) auf sowie eine aus Silber gebildete Spiegelschicht. Aufgetragen ist für diese unveränderte Schichtdicke der Zwischenschicht von 50 Nanometern jeweils die relative emittierte Lichtintensität in

Abhängigkeit von der Schichtdicke der Gallium-Nitrid- Schichtenfolge in Nanometern. Dabei wurde nur der Schichtdickenanteil derjenigen Schichten berücksichtigt, die zwischen der Zwischenschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid (ITO) und der aktiven Zone angeordnet sind. Hierunter fallen die p-dotierte Leuchtdiodenschicht 4, die erste und gegebenenfalls zweite Halbleiterschicht 7, 5 sowie gegebenenfalls auch die undotierte Halbleiterschicht 6; ferner alle übrigen hier nicht explizit genannten Schichten, die zwischen der optisch aktiven Zone der Halbleiterleuchtdiode 15 und der ihr zugewandten Hauptfläche der Zwischenschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid angeordnet sind.

In Figur 3 ist erkennbar, dass bei einer Schichtdicke des Halbleitermaterials (des Gallium-Nitrids) zwischen optisch aktiver Zone und TCO-Schicht von etwas über 60 Nanometern die maximale Strahlungsintensität emittiert wird. Allerdings ist die Gesamtschichtdicke bei wenig mehr als 60 Nanometern für eine zuverlässige Fertigung zu gering, so dass erst bei dem nächsten Maximum (mit konstruktiver Interferenz der in Richtung der Spiegelschicht emittierten Strahlung mit der von dort zurück reflektierten Strahlung) gearbeitet wird. Diese Maximum befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 bei etwa 160 Nanometern Schichtdicke des Halbleitermaterials zwischen optisch aktiver Zone und TCO-Schicht. Die Figur 3 verdeutlicht, dass durch geeignete Wahl der Schichtdicken der Halbleiterschichten die Strahlungsintensität optimierbar ist.

Figur 4 zeigt eine tabellarische übersicht für zwei Ausführungsbeispiele, bei der jeweils die Gesamtschichtdicke (das heißt der Abstand) zwischen der optisch aktiven Zone und der Spiegelschicht (d.h. der silberhaltigen Schicht) unverändert bleibt. Dafür wird die Schichtdicke der TCO- Zwischenschicht 8 gegenläufig zur Schichtdicke der Halbleiterschichten zwischen

der TCO-Schicht und der optisch aktiven Zone variiert. In dem in Figur 4 links dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die TCO-Zwischenschicht 8 aus Zinn-Oxid und das Grundmaterial der Halbleiterschichten zwischen optisch aktiver Zone und der TCO-Schicht aus Gallium-Nitrid und/oder Aluminium-Gallium- Nitrid. Die linke Tabelle der Figur 4 zeigt exemplarisch einige Schichtdickenkombinationen, bei denen eine besonders hohe Strahlungsintensität erzielt wird, ähnlich wie beim zweiten Maximum aus Figur 3 mit konstruktiver Interferenz. Beispielsweise kann die Schichtdicke der TCO-Zwischenschicht zwischen 15 und 25 Nanometern gewählt werden, während zugleich die Schichtdicke der Halbleiterschichten zwischen der TCO-Schicht und der optisch aktiven Zone zwischen 105 und 95 Nanometern gewählt wird. Dabei bleibt die Gesamtdicke jeweils konstant und beide Materialien (TCO beziehungsweise das Halbleitermaterial) werden mit zueinander gegenläufig variierter Schichtdicke aufgebracht. Insbesondere ist bevorzugt, wenn der Abstand zwischen der TCO-Schicht und der optisch aktiven Zone kleiner als 100 Nanometer, vorzugsweise kleiner als 75 Nanometer ist, wie auch anhand der in Figur rechts dargestellten tabellarischen übersicht enthalten.

Bei der rechts in Figur dargestellten tabellarischen übersicht wird als TCO-Material Indium-Zinn-Oxid verwendet. Wiederum dient Gallium-Nitrid als Grundmaterial für die Halbleiterschichten. Hierbei kann beispielsweise die TCO-Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 25 und 35 Nanometern vorgesehen sein und die Halbleiterschichtenfolge mit einer Schichtdicke zwischen 85 und 75 Nanometern vorgesehen sein. Die in der rechten Spalte hinsichtlich ihrer Schichtdicke spezifizierte Halbleiterschichtenfolge kann eine 13 Nanometer dicke Aluminium-Gallium-Nitrid-Schicht als zweiter Leuchtdiodenschicht mit umfassen, die in der angegebenen Schichtdicke für Gallium-Nitrid enthalten ist . Dementsprechend kann auch in dem

links in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit Zink- Oxid die Halbleiterschichtenfolge, die ebenfalls auf Gallium- Nitrid basiert, eine 30 Nanometer dicke Aluminium-Gallium- Nitrid-Schicht als zweiter Leuchtdiodenschicht 4 umfassen. Die oben angegebenen Schichtdicken in der jeweils rechten Spalte der linken und rechten Tabelle der Figur 4 geben somit die Summe der Schichtdicken aus Gallium-Nitrid und Aluminium- Gallium-Nitrid an, das heißt die Gesamtschichtdicke der zwischen der optisch aktiven Zone und der TCO-Zwischenschicht angeordneten Halbleiterschichten. Die geeignete Wahl der Schichtdicken ermöglicht somit eine Steigerung der emittierten Lichtintensität der von dem optoelektronischen Bauelement austrittsseitig emittierten Strahlung.